《超臨界鍋爐結構》課程介紹課程目標與內容概述1課程目標深入了解超臨界鍋爐的結構組成、設計原理和運行特性；掌握超臨界鍋爐的關鍵技術，包括燃燒、傳熱和水處理等；培養解決超臨界鍋爐實際問題的能力，提高工程實踐水平。2課程內容超臨界鍋爐的發展歷程、優勢與特點；超臨界鍋爐的結構概述，包括受熱面布置、燃燒系統設計、汽水系統流程等；超臨界鍋爐的關鍵部件，如水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器等；超臨界鍋爐的啟動、停爐和運行維護；超臨界鍋爐的水處理技術；超臨界鍋爐的性能指標和效率計算；超臨界鍋爐的智能化控制系統和節能減排措施。課程安排超臨界鍋爐的發展歷程1早期探索階段20世紀初，人們開始探索提高鍋爐效率的方法，嘗試提高蒸汽參數。早期鍋爐的設計和材料技術有限，難以實現超臨界運行。2技術突破階段20世紀50年代，隨著材料科學和焊接技術的進步，超臨界鍋爐的設計和制造成為可能。首批超臨界鍋爐在歐洲和美國投入運行，標志著鍋爐技術的一大進步。3應用推廣階段20世紀80年代以后，超臨界鍋爐在全球范圍內得到廣泛應用。尤其是在大型電站中，超臨界鍋爐因其高效率和低排放而備受青睞。4持續創新階段進入21世紀，超臨界鍋爐技術不斷創新，向更高參數的超超臨界鍋爐發展。同時，智能化控制和節能減排技術也得到廣泛應用。超臨界鍋爐的優勢與特點高效率超臨界鍋爐采用更高的蒸汽參數，熱效率顯著提高，降低了燃料消耗。采用先進的燃燒技術和優化設計，進一步提高燃燒效率，減少能量損失。低排放超臨界鍋爐采用先進的燃燒技術和煙氣處理設備，顯著降低了氮氧化物、二氧化硫和粉塵的排放。應用脫硝、脫硫和除塵等技術，實現污染物的高效去除。靈活性超臨界鍋爐具有較好的負荷調節能力，能夠適應電網負荷的變化。采用靈活的控制策略和優化運行模式，實現鍋爐的快速啟動和停爐。可靠性超臨界鍋爐采用先進的材料和制造工藝，提高了設備的可靠性和壽命。強化運行維護和定期檢修，確保鍋爐的長期穩定運行。超臨界鍋爐的關鍵技術挑戰高溫高壓材料超臨界鍋爐需要在高溫高壓條件下運行，對材料的強度、耐腐蝕性和蠕變性能提出了極高的要求。需要開發新型耐高溫高壓合金，滿足鍋爐的安全運行需求。水處理技術超臨界鍋爐對水質要求極高，必須有效控制腐蝕和結垢。需要采用先進的水處理技術，如離子交換、反滲透等，保證水質符合標準。燃燒優化超臨界鍋爐需要實現高效低排放燃燒，對燃燒系統的設計和控制提出了挑戰。需要采用先進的燃燒技術，如低氮燃燒、富氧燃燒等，優化燃燒過程。控制系統超臨界鍋爐的運行參數復雜，需要精確的控制系統保證穩定運行。需要開發智能化的控制系統，實現鍋爐的自動化運行和優化控制。超臨界鍋爐結構概述超臨界鍋爐的結構主要由燃燒系統、受熱面系統、汽水系統、煙風系統和輔助系統組成。燃燒系統負責燃料的燃燒，提供熱源；受熱面系統吸收熱量，產生高溫高壓蒸汽；汽水系統輸送和循環工質；煙風系統輸送空氣和排放煙氣；輔助系統包括給水、水處理、排污等。受熱面主要包括水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器。水冷壁是鍋爐的主要受熱面，吸收爐膛輻射熱；過熱器和再熱器進一步提高蒸汽溫度；省煤器利用煙氣余熱預熱給水；空氣預熱器利用煙氣余熱預熱空氣。鍋爐的結構設計需要綜合考慮效率、可靠性、安全性和經濟性等因素。優化受熱面布置，提高傳熱效率；采用先進的材料和制造工藝，提高設備的可靠性和壽命；加強安全保護措施，確保鍋爐的安全運行；降低建設和運行成本，提高經濟效益。鍋爐的整體結構組成燃燒系統煤粉爐、油槍、點火系統1受熱面系統水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、空預器2汽水系統給水系統、下降管、集箱、聯箱3煙風系統送風機、引風機、煙道4受熱面布置原則高效傳熱最大限度地吸收爐膛內的熱量，提高鍋爐的熱效率。合理布置受熱面，優化煙氣流動，提高傳熱系數。安全可靠確保受熱面在高溫高壓條件下安全穩定運行，防止過熱和爆管。選擇合適的材料，優化結構設計，加強運行維護。經濟合理在滿足性能要求的前提下，降低受熱面的造價和運行成本。優化受熱面的尺寸和材料，減少維護和檢修工作量。靈活調節適應電網負荷的變化，實現鍋爐的快速啟動和停爐。合理布置受熱面，優化控制策略，提高鍋爐的負荷調節能力。燃燒系統的設計燃燒器燃燒器的作用是將燃料和空氣混合，使其充分燃燒。燃燒器的類型包括煤粉燃燒器、油燃燒器和氣體燃燒器。燃燒器的設計需要考慮燃料的特性和燃燒條件，優化混合和燃燒過程。爐膛爐膛是燃燒的主要場所，其形狀和尺寸對燃燒效果有重要影響。爐膛的設計需要考慮燃料的燃燒特性和受熱面的布置，優化爐膛內的溫度分布和煙氣流動。點火系統點火系統的作用是引燃燃料，啟動燃燒過程。點火系統的類型包括油點火、等離子點火和高能點火。點火系統的設計需要考慮燃料的特性和啟動條件，確保點火的可靠性和安全性。汽水系統的流程給水經過水處理的給水進入省煤器預熱。水冷壁預熱后的給水進入水冷壁，吸收爐膛熱量，變為飽和蒸汽。過熱器飽和蒸汽進入過熱器，進一步加熱為高溫高壓蒸汽。汽輪機高溫高壓蒸汽進入汽輪機做功。凝結器乏汽進入凝結器凝結為水，循環利用。給水系統的組成給水泵給水泵的作用是將給水輸送到鍋爐，提供足夠的壓力和流量。調節閥調節閥的作用是調節給水的流量，控制鍋爐的水位。過濾器過濾器的作用是過濾給水中的雜質，保證水質符合要求。加熱器加熱器的作用是加熱給水，提高鍋爐的熱效率。煙風系統的流程送風機送風機將空氣送入空氣預熱器。空氣預熱器空氣在空氣預熱器中被煙氣加熱。爐膛加熱后的空氣進入爐膛，與燃料混合燃燒。煙道燃燒后的煙氣經過過熱器、再熱器、省煤器。引風機引風機將煙氣抽出，經過除塵器、脫硫裝置。煙囪凈化后的煙氣經過煙囪排放。煤粉爐燃燒系統制粉系統制粉系統的作用是將煤塊磨制成煤粉，并將其輸送到爐膛。制粉系統的類型包括中速磨煤機、高速磨煤機和球磨機。制粉系統的設計需要考慮煤的特性和燃燒條件，優化磨制和輸送過程。煤粉燃燒器煤粉燃燒器的作用是將煤粉和空氣混合，使其充分燃燒。煤粉燃燒器的類型包括直流燃燒器、旋流燃燒器和濃淡燃燒器。煤粉燃燒器的設計需要考慮煤粉的特性和燃燒條件，優化混合和燃燒過程。爐膛爐膛是煤粉燃燒的主要場所，其形狀和尺寸對燃燒效果有重要影響。爐膛的設計需要考慮煤粉的燃燒特性和受熱面的布置，優化爐膛內的溫度分布和煙氣流動。油槍及點火系統油槍油槍的作用是將燃油噴入爐膛，引燃煤粉或提供啟動熱源。點火器點火器的作用是提供點火能量，引燃燃油或煤粉。火焰檢測器火焰檢測器的作用是檢測爐膛內的火焰狀態，保證燃燒的安全性。空氣預熱器結構管式空預器煙氣和空氣分別在管內和管外流動，進行換熱。結構簡單，易于維護，但體積較大。回轉式空預器換熱元件旋轉，交替通過煙氣和空氣，進行換熱。換熱效率高，體積較小，但結構復雜，易于漏風。省煤器結構1給水入口2換熱管束3煙氣出口省煤器的作用是利用煙氣余熱預熱給水，提高鍋爐的熱效率。給水在管內流動，煙氣在管外流動，進行換熱。結構簡單，維護方便。過熱器結構屏式過熱器由多排平行排列的管屏組成，布置在爐膛出口。受熱均勻，但阻力較大。對流式過熱器由多排垂直排列的管束組成，布置在煙道內。阻力較小，但受熱不均勻。輻射式過熱器由多排管子組成，直接吸收爐膛輻射熱。受熱強度高，但易過熱。再熱器結構1高溫再熱器布置在爐膛出口或煙道內，進一步提高蒸汽溫度。2低溫再熱器布置在省煤器之后，利用煙氣余熱提高蒸汽溫度。再熱器的作用是再次加熱經過汽輪機高壓缸做功后的蒸汽，提高電廠的熱效率。再熱器的結構與過熱器類似，根據布置位置分為高溫再熱器和低溫再熱器。水冷壁結構管式水冷壁由多根平行排列的管子組成，管內通水，管外吸收爐膛輻射熱。結構簡單，易于制造，但傳熱效率較低。膜式水冷壁在管式水冷壁的基礎上，在管子之間焊接鋼板，形成整體結構。傳熱效率高，氣密性好，但制造難度較大。螺旋水冷壁由螺旋排列的管子組成，管內通水，管外吸收爐膛輻射熱。傳熱均勻，抗爆性能好，但制造難度大，成本高。集箱的結構與布置連接作用連接水冷壁管、過熱器管等，匯集或分配工質。支撐作用承受管道的重量和壓力，保證管道的穩定運行。檢修作用提供檢修和維護的通道，方便對管道進行檢查和清洗。集箱的作用是匯集和分配工質，連接水冷壁管、過熱器管等。集箱的結構需要考慮壓力、溫度和流量等因素，保證安全可靠運行。下降管的布置與設計自然循環依靠密度差驅動工質循環，布置簡單，運行穩定。強制循環依靠水泵驅動工質循環，循環可靠，但能耗較高。下降管的作用是將給水從汽包輸送到水冷壁，提供循環動力。下降管的布置需要考慮循環方式和壓力損失等因素，保證水冷壁的冷卻效果。聯箱的結構形式圓筒形結構簡單，制造方便，適用于壓力較低的場合。球形受力均勻，承壓能力強，適用于壓力較高的場合。異形根據實際需要設計，滿足特定的結構和性能要求。聯箱的作用是連接多個管道，匯集或分配工質。聯箱的結構形式根據壓力、溫度和流量等因素選擇，保證安全可靠運行。支撐結構的類型1剛性支撐2彈性支撐3滑動支撐支撐結構的作用是承受鍋爐的重量和風力，保證鍋爐的穩定運行。支撐結構的類型根據受力情況和變形要求選擇，保證安全可靠運行。吊掛系統的設計彈簧吊架利用彈簧的彈性變形來支撐管道的重量，適用于垂直位移較大的場合。剛性吊架利用剛性桿件來支撐管道的重量，適用于垂直位移較小的場合。鏈條吊架利用鏈條的柔性來支撐管道的重量，適用于安裝空間受限的場合。吊掛系統的作用是承受管道的重量和熱膨脹力，保證管道的穩定運行。吊掛系統的設計需要考慮管道的重量、熱膨脹和位移等因素，保證安全可靠運行。爐墻結構類型輕型爐墻由輕質保溫材料和薄鋼板組成，重量輕，導熱系數低，但強度較低。重型爐墻由耐火磚和保溫磚組成，重量重，導熱系數較高，但強度較高。組合爐墻由輕質保溫材料和耐火磚組成，兼顧了輕型爐墻和重型爐墻的優點。爐墻的作用是封閉爐膛，防止煙氣泄漏，減少熱損失。爐墻的結構類型根據鍋爐的容量、壓力和溫度等因素選擇，保證安全可靠運行。保溫材料的選擇巖棉導熱系數低，耐高溫，價格便宜，但易吸水。玻璃棉導熱系數低，耐腐蝕，彈性好，但耐高溫性較差。硅酸鋁纖維導熱系數低，耐高溫，耐腐蝕，但價格較高。保溫材料的作用是減少熱損失，提高鍋爐的熱效率。保溫材料的選擇需要考慮導熱系數、耐高溫性、耐腐蝕性和價格等因素，保證安全可靠運行。防磨技術的應用改變氣流方向通過導流板等措施改變氣流方向，減少磨損。增加耐磨材料在易磨損部位采用耐磨材料，提高抗磨損能力。優化結構設計優化結構設計，減少磨損。防磨技術的應用可以減少受熱面的磨損，延長鍋爐的使用壽命。防磨技術需要根據磨損的原因和部位選擇，保證安全可靠運行。防腐蝕技術的應用控制水質嚴格控制給水的水質，防止腐蝕性物質進入鍋爐。添加緩蝕劑在給水中添加緩蝕劑，減緩腐蝕速度。涂覆防腐涂層在受熱面表面涂覆防腐涂層，隔離腐蝕介質。防腐蝕技術的應用可以減少受熱面的腐蝕，延長鍋爐的使用壽命。防腐蝕技術需要根據腐蝕的原因和部位選擇，保證安全可靠運行。吹灰器的類型與布置蒸汽吹灰器利用蒸汽吹掃受熱面，清除積灰。水力吹灰器利用高壓水吹掃受熱面，清除積灰。聲波吹灰器利用聲波振動受熱面，清除積灰。吹灰器的作用是清除受熱面上的積灰，提高鍋爐的熱效率。吹灰器的類型和布置需要根據積灰的特性和部位選擇，保證安全可靠運行。排污系統的設計定期排污定期排放鍋爐內的濃縮鹽和懸浮物。連續排污連續排放鍋爐內的溶解鹽和懸浮物。排污系統的作用是排放鍋爐內的濃縮鹽和懸浮物，防止結垢和腐蝕。排污系統的設計需要考慮排污量和排污方式，保證安全可靠運行。超臨界鍋爐的啟動過程1準備階段檢查設備，準備燃料和水。2點火階段點燃油槍或煤粉，啟動燃燒。3升溫升壓階段逐漸提高爐膛溫度和蒸汽壓力。4并網階段蒸汽參數達到額定值，汽輪機并網發電。超臨界鍋爐的啟動過程復雜，需要嚴格控制各個參數，保證安全可靠運行。啟動系統的設計啟動給水泵提供啟動過程所需的給水。啟動調節閥調節啟動過程中的給水流量和壓力。啟動分離器分離啟動過程中的汽水分離物。啟動系統的作用是提供啟動過程所需的各種介質和參數，保證鍋爐的順利啟動。啟動系統的設計需要考慮啟動時間和啟動方式，保證安全可靠運行。停爐過程的控制正常停爐逐漸降低負荷，停止燃燒，關閉汽輪機。緊急停爐迅速停止燃燒，關閉汽輪機，采取安全措施。停爐過程的控制需要根據停爐的原因和方式選擇，保證安全可靠運行。緊急停爐需要迅速采取安全措施，防止事故發生。事故處理措施爆管立即停爐，隔離故障管道，進行檢修。缺水立即停爐，檢查水位計，查找缺水原因。超壓立即開啟安全閥，降低壓力，查找超壓原因。事故處理措施需要根據事故的類型和程度選擇，保證人員和設備的安全。需要定期進行事故演練，提高應對能力。水處理的重要性防止腐蝕腐蝕會降低受熱面的強度，縮短設備壽命，甚至導致事故發生。防止結垢結垢會降低傳熱效率，增加燃料消耗，甚至導致過熱爆管。保證蒸汽品質蒸汽品質直接影響汽輪機的安全運行和發電效率。水處理是保證超臨界鍋爐安全可靠運行的關鍵措施，必須嚴格控制水質，防止腐蝕和結垢。水質標準的要求pH值控制在合適的范圍內，防止酸腐蝕和堿腐蝕。溶解氧控制在較低的水平，防止氧腐蝕。含鹽量控制在較低的水平，防止結垢和腐蝕。水質標準是水處理的依據，必須嚴格執行。不同類型的鍋爐對水質的要求不同，需要根據實際情況選擇合適的水質標準。化學加藥系統的設計加氨調節pH值，防止酸腐蝕。加聯氨去除溶解氧，防止氧腐蝕。加磷酸鹽防止結垢，調節pH值。化學加藥系統的作用是向鍋爐內添加化學藥劑，調節水質，防止腐蝕和結垢。化學加藥系統的設計需要考慮藥劑的類型、濃度和加藥方式，保證安全可靠運行。腐蝕的類型與預防酸腐蝕pH值過低引起的腐蝕，可以通過加氨調節pH值來預防。氧腐蝕溶解氧引起的腐蝕，可以通過加聯氨去除溶解氧來預防。應力腐蝕應力和腐蝕介質共同作用引起的腐蝕，可以通過降低應力和控制水質來預防。腐蝕是超臨界鍋爐運行中常見的問題，需要采取有效的預防措施，延長設備的使用壽命。結垢的原因與控制鈣鎂離子水中含有鈣鎂離子，在高溫下會形成水垢。硅酸鹽水中含有硅酸鹽，在高溫下會形成硅酸鹽垢。鐵氧化物水中含有鐵氧化物，在高溫下會形成鐵垢。結垢會降低傳熱效率，增加燃料消耗，甚至導致過熱爆管。需要采取有效措施控制結垢，保證鍋爐的安全可靠運行。汽輪機與鍋爐的匹配蒸汽參數鍋爐提供的蒸汽參數（壓力、溫度）需要與汽輪機的設計參數相匹配。蒸汽流量鍋爐提供的蒸汽流量需要與汽輪機的額定流量相匹配。效率鍋爐和汽輪機的效率需要相互協調，提高電廠的整體效率。汽輪機與鍋爐的匹配是保證電廠高效運行的關鍵因素，需要綜合考慮各個方面的因素，實現最佳匹配。熱力循環的選擇朗肯循環適用于低參數鍋爐，循環簡單，效率較低。再熱循環適用于高參數鍋爐，循環復雜，效率較高。回熱循環通過抽汽回熱，提高給水溫度，提高循環效率。熱力循環的選擇需要根據鍋爐的參數和運行要求選擇，以提高電廠的整體效率。參數對性能的影響壓力提高蒸汽壓力可以提高循環效率，但也會增加設備的成本。溫度提高蒸汽溫度可以提高循環效率，但也會對材料提出更高的要求。流量蒸汽流量直接影響發電量，需要根據電網負荷進行調節。鍋爐的參數對性能有重要影響，需要在設計和運行中進行優化，以達到最佳性能。鍋爐的性能指標熱效率衡量鍋爐能量轉換效率的指標，越高越好。蒸汽參數包括蒸汽壓力、溫度和流量，需要滿足汽輪機的要求。排放指標包括氮氧化物、二氧化硫和粉塵的排放濃度，需要滿足環保要求。鍋爐的性能指標是衡量鍋爐性能的重要依據，需要在設計和運行中進行優化，以達到最佳性能。效率的計算方法正平衡法根據能量輸入和輸出計算效率。反平衡法根據能量損失計算效率。鍋爐效率的計算方法有多種，需要根據實際情況選擇合適的計算方法。正平衡法和反平衡法是常用的計算方法，可以相互驗證，提高計算的準確性。負荷調節的策略調節燃料量通過調節燃料量來調節鍋爐的負荷。調節風量通過調節風量來調節鍋爐的負荷。調節水量通過調節水量來調節鍋爐的負荷。負荷調節是保證鍋爐穩定運行的重要手段，需要根據電網負荷的變化進行調節，以滿足發電需求。運行維護的重要性保證安全運行定期檢查和維護設備，及時發現和處理隱患，防止事故發生。延長設備壽命定期潤滑和清洗設備，減少磨損和腐蝕，延長設備的使用壽命。提高運行效率定期清理積灰和水垢，優化運行參數，提高運行效率。運行維護是保證超臨界鍋爐安全可靠運行的重要措施，需要加強管理，定期檢查和維護設備，及時發現和處理隱患。常見故障及處理漏水漏汽檢查管道和閥門，更換密封件或管道。過熱爆管立即停爐，檢查水質和水位，進行檢修。堵塞檢查管道和過濾器，清理堵塞物。常見故障需要及時處理，防止故障擴大，影響鍋爐的安全運行。需要定期進行故障演練，提高應對能力。檢修周期與內容1小修每年進行一次，主要檢查和更換易損件。2中修每三年進行一次，主要檢查和更換重要部件。3大修每六年進行一次，主要進行全面檢查和更換，恢復設備性能。檢修是保證鍋爐安全可靠運行的重要手段，需要根據鍋爐的運行時間和狀態確定檢修周期和內容。檢修需要制定詳細的計劃和方案，保證檢修質量。改造升級的必要性提高效率通過改造升級，可以采用更先進的技術，提高鍋爐的熱效率。降低排放通過改造升級，可以采用更先進的環保技術，降低污染物排放。延長壽命通過改造升級，可以更換老化部件，延長鍋爐的使用壽命。隨著技術的進步和環保要求的提高，對超臨界鍋爐進行改造升級是必要的，可以提高效率、降低排放和延長壽命。新技術的應用前景智能化控制采用先進的控制系統，實現鍋爐的自動化運行和優化控制。節能減排采用先進的節能減排技術，降低燃料消耗和污染物排放。新材料采用新型耐高溫高壓合金，提高設備的安全可靠性。新技術的應用將推動超臨界鍋爐技術不斷發展，提高效率、降低排放和延長壽命，為電力行業的可持續發展做出貢獻。智能化控制系統傳感器實時監測鍋爐的運行參數。控制器根據運行參數自動調節控制設備。計算機對運行數據進行分析和處理，提供優化建議。智能化控制系統可以實現鍋爐的自動化運行和優化控制，提高運行效率和安全可靠性。節能減排的措施提高燃燒效率優化燃燒系統，提高燃料的燃燒效率，減少燃料消耗。減少熱損失加強保溫，減少熱損失，提高鍋爐的熱效率。采用脫硫脫硝技術減少二氧化硫和氮氧化物的排放，滿足環保要求。節能減排是超臨界鍋爐發展的重要方向，需要采取多種措施，降低燃料消耗和污染物排放，實現可持續發展。案例分析：成功案例介紹案例一：某電廠超臨界鍋爐改造通過改造，鍋爐效率提高了5%，污染物排放降低了30%。